一种醋酸锂/聚醚酰亚胺高温储能复合电介质及其制备方法和应用

本发明涉及电介质电容器，尤其是具有优良储能特性的薄膜电容以及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电解电容、陶瓷电容不能长时间工作在高电压等苛刻条件下，与陶瓷电容相比，薄膜电容具有更高的击穿强度、更高的弹性和更强的自修复能力，因此受到了人们的重视。传统的聚合物薄膜电容器的耐高温性能差，介电常数低，而陶瓷材料的介电常数高，介电损耗也相对高。

2、随着混合动力汽车、并网发电、深层石油钻探和天然气勘探等领域的蓬勃发展，对介质电容器在120℃以上高温、高压等恶劣环境中的应用提出了迫切的要求。聚醚酰亚胺(pei)具有优异的耐热性，玻璃化转变温度高达260℃，其中芳酰胺结构增加了材料的耐热、力学性能，醚基团增加了材料的柔韧性和流动性，因此常用在高温介质能量存储领域，而面临领域发展迅速的需求，亟需进一步开发更加耐高温、更加稳定的聚醚酰亚胺(pei)相关薄膜电容。

3、事实上，聚醚酰亚胺虽然性能优异，但是在高温和高电场下，纯pei的电荷注入和传导损耗会明显增加，导致漏电流密度呈指数级增加从而使得其击穿强度下降，由公式：ue是储能密度，d是电位移，ε0是介电常数，εr是真空介电常数，e是击穿场强，可知储能密度和击穿强度有密切关系，击穿强度下降使得基于pei的高温器件的储能密度显著降低，同时，在高温和高电场环境下局部节段运动增加会导致二次弛豫，显著降低了基于pei的高温器件的充放电效率，由上公式可知，电介质的介电常数(εr)和击穿场强(e)的协同提升可以实现ue的增加，但是εr和e之间的矛盾相关性使得它们在天然电介质材料中不能同时提高，现工作者们提出了以下几种方式：(1)共混结构储能电介质：通过混合具有不同分子结构、表面特性和介电性能的各种其他聚合物可以提高聚合物的介电和储能特性；(2)多层结构储能电介质：可以针对不同层的功能分别进行设计，能够在一定程度上解耦电介质材料极化与击穿两个参数，是提高电介质储能密度的有效方法；(3)交联、接枝官能团：在聚合物分子链的主链或者侧链引入某些极性基团可以降低电导，分子交联可以有效减少由分子链段运动造成的松弛现象，这是未来开发耐高温储能材料的重点方向，而对于切实可用的高温储能聚醚酰亚胺(pei)复薄膜介质产品，现有技术中并未能研发和提供。

4、本发明要解决的技术问题是如何提供一种更加耐高温、更加稳定的聚醚酰亚胺(pei)相关薄膜电容，具体的技术问题是：如何解决随着温度升高，聚醚酰亚胺的储能性能劣化，以及在高温高压等恶劣环境下复合介质储能性能的循环稳定性差的问题，并优化聚合物制备方法，稳定高效完成醋酸锂的共混。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种醋酸锂/聚醚酰亚胺高温储能复合电介质及其制备方法和应用。

2、本本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种醋酸锂/聚醚酰亚胺高温储能复合电介质，该介质由聚醚酰亚胺和醋酸锂复合而成，其中醋酸锂占聚醚酰亚胺和醋酸锂总体积的比为0.05％-0.3％；

4、优选地，所述醋酸锂/聚醚酰亚胺高温储能复合介质为厚度11-12μm的薄膜；

5、优选地，所述醋酸锂/聚醚酰亚胺高温储能复合介质其中醋酸锂占聚醚酰亚胺和醋酸锂总体积的比为0.2％；

6、第二方面，本发明提供一种醋酸锂/聚醚酰亚胺高温储能复合介质的制备方法，包括：

7、(1)室温下将所需体积分数的醋酸锂超声分散到10ml n-甲基吡咯烷酮试剂中1小时充分混合，将聚醚酰亚胺加入混合溶液中，250转/分钟，60℃下搅拌持续12小时得到均匀溶液；

8、(2)将溶液放入真空烘箱中2h去除气泡，通过浇铸法将溶液均匀地涂覆在玻璃板上，随后进行温度梯度烘干处理；

9、(3)取出干燥后的玻璃板在去离子水中浸泡10s后揭下薄膜，烘干后获得醋酸锂/聚醚酰亚胺高温储能复合介质薄膜；

10、优选地，步骤(1)中醋酸锂粉末重量为：0.0008g、0.0016g、0.0024g、0.0032g、0.004g、0.0048g，聚醚酰亚胺粉末重量1.6g，最终获得的醋酸锂占聚醚酰亚胺和醋酸锂总体积的比为0.05％-0.3％；

11、优选地，步骤(1)中，最终获得的醋酸锂占聚醚酰亚胺和醋酸锂总体积的比为0.2％；

12、优选地，步骤(2)中，温度梯度烘干处理具体方法是：在80℃的烘箱中干燥4h，后再在120℃的烘箱中干燥2h，后再在150℃的烘箱中干燥2h，最后在200℃烘箱中真空干燥2h；

13、优选地，步骤(3)中烘干操作为：60℃烘箱中干燥2h；

14、优选地，步骤(3)中最终获得醋酸锂/聚醚酰亚胺高温储能复合介质薄膜厚度为11-12μm的；

15、第三方面，本发明提供一种醋酸锂/聚醚酰亚胺高温储能复合薄膜的应用，该薄膜用于制备高温环境下高放电能量密度的薄膜电容器。

16、有益效果：

17、本发明首次使用溶液浇铸法成功合成了醋酸锂/聚醚酰亚胺(pei/liac)高温储能复合介质，制备方法简单，未发生团聚等问题，相容性好，醋酸锂(liac)均匀分散在聚醚酰亚胺(pei)基体中，在pei基体中引入了深陷阱限制了载流子的运输降低了传导损耗，提高了复合介质的击穿强度。

18、上述方法得到的pei/liac复合电介质在高温150℃时拥有高储能密度(3.04j/cm3)且仍保持>90％的高效率，可用于制造优良储能性能的电介质储能电容器，150℃下，经过5万次循环，储能性能保持稳定，在实际应用里拥有高可靠性。

技术特征：

1.一种醋酸锂/聚醚酰亚胺高温储能复合介质，其特征在于：所述介质由聚醚酰亚胺和醋酸锂复合而成，其中醋酸锂占聚醚酰亚胺和醋酸锂总体积的比为0.05％-0.3％。

2.根据权利要求1所述的高温储能复合介质，其特征在于，所述醋酸锂/聚醚酰亚胺高温储能复合介质为厚度11-12μm的薄膜。

3.根据权利要求2所述的高温储能复合介质，其特征在于，所述醋酸锂/聚醚酰亚胺高温储能复合介质其中醋酸锂占聚醚酰亚胺和醋酸锂总体积的比为0.2％。

4.一种醋酸锂/聚醚酰亚胺高温储能复合介质的制备方法，其特征在于：包括：

5.根据权利要求4所述的高温储能复合介质的制备方法，其特征在于，步骤(1)中醋酸锂粉末重量为：0.0008g、0.0016g、0.0024g、0.0032g、0.004g、0.0048g，聚醚酰亚胺粉末重量1.6g，最终获得的醋酸锂占聚醚酰亚胺和醋酸锂总体积的比为0.05％-0.3％。

6.根据权利要求5所述的高温储能复合介质的制备方法，其特征在于，最终获得的醋酸锂占聚醚酰亚胺和醋酸锂总体积的比为0.2％。

7.根据权利要求6所述的高温储能复合介质的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，优选地，步骤(2)中，温度梯度烘干处理具体方法是：在80℃的烘箱中干燥4h，后再在120℃的烘箱中干燥2h，后再在150℃的烘箱中干燥2h，最后在200℃烘箱中真空干燥2h。

8.根据权利要求7所述的高温储能复合介质的制备方法，其特征在于，步骤(3)中烘干操作为：60℃烘箱中干燥2h。

9.根据权利要求8所述的高温储能复合电介质的制备方法，其特征在于，步骤(3)中最终获得醋酸锂/聚醚酰亚胺高温储能复合薄膜厚度为11-12μm。

10.一种醋酸锂/聚醚酰亚胺高温储能复合薄膜的应用，其特征在于：该薄膜用于制备高温环境下高放电能量密度的薄膜电容器。

技术总结本发明提供一种醋酸锂/聚醚酰亚胺(PEI/LiAc)高温储能复合电介质及其制备方法和应用，使用溶液浇铸法成功合成了PEI/LiAc高温储能复合电介质，制备方法简单，未发生团聚等问题，相容性好，醋酸锂(LiAc)均匀分散在聚醚酰亚胺(PEI)基体中，在PEI基体中引入了深陷阱限制了载流子的运输降低了传导损耗，提高了复合介质的击穿强度，上述方法得到的PEI/LiAc复合薄膜在高温150℃时拥有高储能密度(3.04J/cm<supgt;3</supgt;)且仍保持>90％的高效率，可用于制造优良储能性能的电介质储能电容器，150℃下，经过5万次循环，储能性能保持稳定，在实际应用里拥有高可靠性。技术研发人员：冯梦佳,赵欣宇,贾治国,刘彦呈,邢云琪受保护的技术使用者：河北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1